Cảm biến dành cho máy đo tọa độ có thế mạnh ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Độ sai số đo cần thiết, tốc độ đo và đặc tính mẫu đo là rất quan trọng khi chọn cảm biến. Việc lựa chọn cảm biến tối ưu được mô tả bằng ba nhiệm vụ đo mẫu.
Cảm biến chụp cắt lớp quang học, tiếp xúc và CT có sẵn cho các máy đo tọa độ. Mẫu được chụp bằng camera ma trận sử dụng cảm biến xử lý hình ảnh. Cửa sổ đo để đo cạnh được cài đặt bằng phần mềm xử lý ảnh. Với độ phóng đại cao, có thể thực hiện các phép đo không tiếp xúc nhanh đối với các hình học nhỏ và nhạy cảm với độ không đảm bảo đo thấp. Trong chế độ vận hành quét raster HD được cấp bằng sáng chế của Werth, có thể tạo ra hình ảnh tổng thể của mẫu đo, loại bỏ nhu cầu định vị tốn thời gian của các phần tử hình học riêng lẻ.
Với cảm biến khoảng cách laser, khoảng cách đến bề mặt mẫu đo và do đó điểm đo bề mặt được xác định từ vị trí của chùm tia laser phản xạ trên điốt quang vi sai. Ví dụ, những cảm biến như vậy được sử dụng để quét nhanh các bề mặt nằm ngang. Đầu dò laser được tích hợp vào đường truyền tia của cảm biến xử lý hình ảnh mà không cần bù trừ. Điều này cho phép vận hành dễ dàng vì có thể quan sát được chuyển động của điểm laser trên bề mặt mẫu đo.
Các cảm biến lấy nét màu sắc chẳng hạn như Điểm lấy nét màu sắc của Werth được trang bị hệ thống quang học đặc biệt giúp tăng sự khác biệt giữa các mặt phẳng tiêu điểm của các thành phần màu khác nhau của ánh sáng trắng. Ở đây khoảng cách đến bề mặt mẫu đo được xác định dựa trên màu chủ đạo của ánh sáng phản xạ. Cảm biến này cũng có thể được sử dụng trên các bề mặt có độ phản chiếu cao hoặc trong suốt và đạt được độ không đảm bảo đo đặc biệt thấp. Cảm biến dòng Chromatic Focus Line cho phép đo nhanh các khu vực rộng lớn.
Ưu điểm chính của hệ thống cảm ứng thông thường là khả năng 3D đầy đủ. Khi chạm vào phần tử hình học, tín hiệu điện sẽ được kích hoạt và vị trí của điểm tiếp xúc được xác định. Do được sử dụng rộng rãi nên có nhiều biến thể như bút stylus hình sao và đĩa.
Cảm biến Chromatic Focus Line có thể chụp khoảng một triệu điểm đo trong ba giây. Hình ảnh: Werth
Đầu dò cho các biên dạng nhỏ và phức tạp
Đầu dò vi mô Fiber Probe có sẵn cho các hình dạng nhỏ và nhạy cảm. Phần tử cảm biến là một quả cầu thủy tinh có kích thước lên tới 20 µm trên sợi thủy tinh dẻo. Vị trí của phần tử thăm dò được xác định bằng cách sử dụng cảm biến xử lý hình ảnh, do đó độ lệch đo do uốn cong trục được loại bỏ. Điều này có nghĩa là máy quét sợi đạt được độ lệch thăm dò thấp nhất là 0,3 µm và lực thăm dò thấp hơn tới 100 lần so với các hệ thống thăm dò thông thường.
Trong máy đo tọa độ có chụp cắt lớp vi tính (CT), mẫu đo được quay giữa ống tia X và máy dò. Khối lượng mẫu đo hoàn chỉnh, bao gồm cả hình học bên trong, được tái tạo lại từ các ảnh chụp X quang ở các vị trí quay khác nhau. Werth sử dụng quy trình subvoxeling đặc biệt để xác định các điểm đo tại các chuyển tiếp vật liệu. Sau đó, bất kỳ số lượng đặc tính hình học nào cũng có thể được xác định rất nhanh từ đám mây điểm hoàn chỉnh của toàn bộ mẫu đo.
Cảm biến CT quyết định tốc độ đo mẫu vỏ bơm
Khi đo vỏ máy bơm bằng nhựa, trọng tâm không phải là độ chính xác cao mà là tốc độ đo. Tất cả các đặc tính hình học được chỉ định, thường trên 100, phải được đo trên mẫu đo mẫu. Kết quả phải có càng nhanh càng tốt để có thể thực hiện bất kỳ chỉnh sửa nào đối với quy trình sản xuất.
Các đặc tính hình học khác nhau có thể được đo bằng máy đo tọa độ đa cảm biến: Cảm biến xử lý hình ảnh được sử dụng cho các kích thước bên ngoài, các bước và các chi tiết tinh tế, các bề mặt nhạy cảm như chỗ bịt kín có thể được đo bằng đầu dò laser tích hợp. Hình dạng và vị trí của các lỗ được đo bằng cảm biến tiếp xúc. Vì những điều này không liên quan đến hình học vi mô nên cảm biến tiếp xúc thông thường là đủ.
Một giải pháp thay thế là cảm biến CT. Ở đây toàn bộ mẫu đo được chụp trong một thời gian ngắn. Điều chính cần phải học là đánh giá dữ liệu đo lường. Điều này cũng có thể được thực hiện với sự hỗ trợ của CAD tại một máy trạm ngoại tuyến ở xa máy; việc định vị các phần tử hình học riêng lẻ không còn cần thiết nữa.
Máy đo tọa độ với chức năng chụp cắt lớp vi tính tái tạo lại toàn bộ khối lượng phôi, bao gồm cả hình học bên trong, từ hình ảnh chụp X quang của phôi
Từ chương trình đo để lấy mẫu ban đầu, có thể dễ dàng rút ra trình tự đo với các kích thước thử nghiệm được chọn để đo hàng loạt trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, do số lượng phép đo lớn nên việc tạo chương trình đo bằng công nghệ đa cảm biến ban đầu mất khoảng 12 giờ do việc định vị cảm biến tốn nhiều thời gian. Thời gian đo cho lần chạy tự động chỉ là một giờ, việc đánh giá đã được đưa vào. Vì cảm biến CT không cần phải được đặt trên từng phần tử hình học riêng lẻ nên việc tạo chương trình đo chỉ mất bốn giờ và quá trình đo chỉ mất khoảng một phần tư giờ.
Với công nghệ đa cảm biến, độ không đảm bảo đo đối với các đặc tính hình học đơn giản như đường kính hoặc khoảng cách nằm trong khoảng từ 0,5 µm đến 3 µm. Kết quả là tất cả các kích thước được yêu cầu và việc so sánh mục tiêu/thực tế 2D với mô hình CAD có thể được thực hiện tại các điểm thú vị. Điều này dẫn đến chi phí là 275 euro cho mỗi khoang cho việc lấy mẫu ban đầu các khoang của dụng cụ 32 khoang. Phép đo CT tạo ra độ không đảm bảo đo từ 1 µm đến 10 µm. Kết quả của phép đo là tất cả các kích thước yêu cầu đều có sẵn; mục tiêu 3D/so sánh thực tế cũng có thể được thực hiện cho toàn bộ mẫu đo. Ở đây chi phí cho mỗi khoang là 90 euro.
Đối với việc lấy mẫu ban đầu các mẫu đo nhựa như vỏ máy bơm, độ không đảm bảo đo của phép đo CT thường là đủ và phép đo CT rẻ hơn đáng kể so với phép đo đa cảm biến. Đánh giá ngoại tuyến và tự động hiệu chỉnh phần lớn công cụ ép phun với Winwerth Form Correct giúp đẩy nhanh hơn nữa quá trình phát triển sản phẩm. Mặt khác, đối với các phép đo đa cảm biến, việc tạo và đo lường chương trình tốn nhiều thời gian hơn, đặc biệt đối với các phép đo tiếp xúc thuần túy, trong đó ngoài việc định vị trên các phần tử hình học riêng lẻ, còn phải dạy các tuyến đường vòng.
Đám mây điểm đo của phôi với các đặc tính hình học và biểu thị độ lệch được mã hóa màu so với mô hình CAD
Đo lường chính xác thấu kính với công nghệ đa cảm biến
Cấu hình của ống kính nhựa, ví dụ như cho máy ảnh điện thoại di động, phải đáp ứng yêu cầu về độ chính xác cao nhất để có thể chụp được những bức ảnh sáng và sắc nét và sử dụng máy ảnh ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu. Các bề mặt có độ nhạy cao không cho phép tác dụng lực lớn hơn. Một lô bao gồm 100 ống kính.
Ở đây khuyến nghị nên thực hiện phép đo không tiếp xúc do tính trong suốt của các bề mặt chức năng quang học, ví dụ như với cảm biến lấy nét màu sắc. Do lực thăm dò thấp nên tất cả các thông số cũng có thể được đo với độ chính xác rất cao bằng cách sử dụng đầu dò vi mô Werth Fiber Probe 3D. Kết quả đo là so sánh mục tiêu/thực tế 2D cũng như so sánh 3D của một số đường quét. CT cho phép biểu diễn độ lệch được mã hóa màu cho toàn bộ ống kính.
Thời gian cần thiết để tạo chuỗi đo bằng công nghệ đa cảm biến là hai giờ; đối với CT thì chỉ bằng một nửa. Tuy nhiên, khi đo thời gian thì ngược lại: với công nghệ đa cảm biến thì mất khoảng nửa giờ. Phép đo CT mất gấp đôi thời gian vì toàn bộ khối lượng mẫu đo trước tiên phải được tái tạo ở độ phân giải cao.
Độ không đảm bảo đo đối với các phép đo đơn giản là rất quan trọng. Đối với công nghệ đa cảm biến, nó rất thấp ở mức 0,5 µm. Tuy nhiên, việc sử dụng CT không có ý nghĩa đối với nhiệm vụ đo lường này với độ không đảm bảo đo nằm trong khoảng từ 1 µm đến 10 µm. Chi phí cho mỗi mẫu đo, ở mức 100 euro cho công nghệ đa cảm biến, cũng thấp hơn đáng kể so với 350 euro cho CT.
Đo lường công cụ ép nhựa chính xác hơn với công nghệ đa cảm biến
Dụng cụ ép phun thường là những khối thép lớn để kết hợp hình dạng ban đầu của mẫu đo sẽ được tạo ra sau này bằng quy trình ép phun. Hình học đẹp nhất của mẫu đo phải được sao chép một cách chính xác. Các mẫu đo có nhiều đặc tính hình học khác nhau cũng có thể được đo hoàn toàn bằng công nghệ đa cảm biến. Các đường viền cạnh được chụp bằng cách xử lý hình ảnh và các lỗ được chụp bằng đầu dò quét. Cảm biến khoảng cách quang học cho phép số hóa các bề mặt dạng tự do phức tạp với độ chính xác cao. Cảm biến dòng Chromatic Focus Line đặc biệt phù hợp do tốc độ đo cao và tính độc lập cao với các đặc tính bề mặt.
Thời gian cần thiết để tạo chuỗi đo với 25 phép đo là ba giờ; việc đo lường bao gồm cả đánh giá mất khoảng một phần tư giờ. Với công nghệ đa cảm biến, có thể đạt được độ không đảm bảo đo là 1 µm – 3 µm đối với các kích thước đơn giản và kết quả là tất cả các kích thước được yêu cầu cũng như hiển thị độ lệch mã màu hoàn chỉnh của các bề mặt dạng tự do. Chi phí là 650 euro cho mỗi công cụ. Phép đo bằng CT không thành công không chỉ vì độ chính xác đo cao cần thiết cho một số phép đo mà trên hết là do thiếu khả năng thấu xạ của các bộ phận kim loại lớn.
Những ví dụ này cho thấy CT lý tưởng cho việc lấy mẫu ban đầu và đo hàng loạt với nhiều đặc tính hình học trên một phần thể tích với phạm vi chính xác tốt. Nó không phù hợp với các mẫu đo rất lớn và nặng vì chúng không thể chiếu xạ. Đối với các phép đo nối tiếp và kiểm soát quy trình thống kê (SPC) với ít kích thước thử nghiệm, công nghệ đa cảm biến thường nhanh hơn CT. Cảm biến quang học và đầu dò sợi quang phù hợp với các bề mặt nhạy cảm, trong khi cảm biến khoảng cách đa chiều cho phép số hóa mẫu đo trên toàn khu vực.